水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì),楊衍云,目 錄,概況 水平井技術(shù)難點(diǎn)分析 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)實(shí)例 結(jié)論,定向困難,一、概 況,隨著勝利油田勘探開發(fā)的需要，以及鉆井工藝、鉆井工具、裝備等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，水平井技術(shù)的應(yīng)用越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年共鉆水平井650余口，其中水平位移大于1000m的井有31口。,但由于水平井具有大斜度、大位移、多目標(biāo)等特點(diǎn)，對鉆井中靶精度要求高，而且水平井段橫穿油層，造成大段懸空裸眼井段，井漏、井塌更為普遍，使得鉆井施工難度大，周期長，成本高。,目 錄,概況 水平井技術(shù)難點(diǎn)分析 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)實(shí)例 結(jié)論,進(jìn)尺緩慢,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),軌跡控制難,保證固

2、井質(zhì)量難,井眼穩(wěn)定與防卡難,井眼清潔難,摩阻扭矩大，鉆壓傳輸困難,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),首先，水平井中靶要求高 水平井靶體通常是三維靶體，要求實(shí)鉆軌跡點(diǎn)在進(jìn)入目標(biāo)窗口平面后每一個點(diǎn)都在靶體所限制的范圍內(nèi)，防止在鉆進(jìn)水平段的過程中鉆頭穿出靶體造成脫靶。 其次，由于水平井水平段長，隨著斜井段的延伸，井眼摩阻隨之增加，使得鉆具在井眼中的轉(zhuǎn)動困難，從而加大了工具面角擺放的難度。 第三，由于地質(zhì)不確定性、工具造斜能力不確定性及測量信息滯后等客觀因素的存在，使水平井由造斜點(diǎn)開始到鉆至A靶的增斜井段控制和水平井段控制難度較大。,1.軌跡控制難,鉆井過程中，鉆具與井壁之間的摩擦阻力主要由鉆柱的軸向摩擦阻力及

3、周向摩擦扭矩所組成。 鉆水平井所需的鉆柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，下部鉆具結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)，外徑大，在水平井段由于鉆柱重力作用，使鉆柱貼于下井壁，鉆井液紊流受到影響，返砂效果差，而且油層井段一般地層孔隙度大，砂層居多，巖石膠結(jié)性差，易形成砂橋，嚴(yán)重影響鉆柱的上提下放。,2.摩阻扭矩大，鉆壓傳輸困難,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),在穩(wěn)斜段和水平井段，由于重力作用，鉆具在井眼中靠向下井壁，使鉆具周圍間隙寬窄變化明顯，造成井眼中寬間隙處流速大，窄間隙處流速小，剪切速率增大，使巖屑易沉向下井壁且不易清除，形成巖屑床。,同一井眼，在相同排量下，不同井段的環(huán)空鉆井液處于不同的流動狀態(tài)。井眼下部，巖屑一般處于均勻分布狀態(tài)；而井眼中部，

4、鉆井液的攜巖能力也明顯變小。,3.井眼清潔難,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),水平井段橫穿油層，造成大段懸空裸眼井段，暴露在鉆井液的面積 大大增加，侵入地層的濾液量增加，極易引起井壁坍塌。 由于水平井井斜大、水平段長，隨井深增加鉆具與井壁接觸面積也隨之增加，鉆具作用于井壁的側(cè)壓力隨之增加，故極易發(fā)生粘附卡鉆；同時(shí)由于水平井造斜、增斜、穩(wěn)斜和扭方位等工序復(fù)雜，全角變化率較大，起鉆過程中易形成鍵槽而發(fā)生鍵槽卡鉆。,4.井眼穩(wěn)定與防卡,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),水平井固井需要解決的突出問題表現(xiàn)在2個方面：,5.固井質(zhì)量難以保證,一是如何確保有足夠強(qiáng)度的套管柱能夠克服阻力順利下至設(shè)計(jì)位置 一是在大斜度井段及水平

5、井段套管居中與能否完全充填水泥漿,二、水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn),目 錄,概況 水平井技術(shù)難點(diǎn)分析 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)實(shí)例 結(jié)論,三、水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),直-增-穩(wěn)（平） 直-增-穩(wěn)-增-平 直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)-增-平,井眼軌道設(shè)計(jì)目的降低井眼軌跡控制的難度，充分發(fā)揮滑動鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢，提高鉆速，為鉆出平滑規(guī)則的井眼提供保障。,多數(shù)造斜工具的造斜特性不可能保持非常穩(wěn)定，常常產(chǎn)生一定程度的偏差,通過調(diào)整穩(wěn)斜段的造斜率和段長，彌補(bǔ)鉆具造斜能力的偏差,防止穩(wěn)斜段過長，造成現(xiàn)場井眼控制困難及井眼清潔效果差,1.井眼軌道剖面類型優(yōu)化,（一）井眼軌道設(shè)計(jì),定向困難,三、水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),井眼曲率過小，使造斜

6、井段的鉆進(jìn)時(shí)間太長，穩(wěn)斜段太短，調(diào)整方位的回旋余地太小。 井眼曲率過大，鉆具偏磨嚴(yán)重、摩擦阻力增加、起下鉆困難、容易磨出鍵槽而造成卡鉆事故、對井下儀器不安全、后期作業(yè)造成困難。 設(shè)計(jì)根據(jù)井口坐標(biāo)和靶點(diǎn)參數(shù)，確定造斜率。 現(xiàn)場施工時(shí)，考慮到造斜工具造斜特性的不穩(wěn)定性，選擇工具的理論造斜率應(yīng)該比設(shè)計(jì)造斜率高10%20%。,2.井眼曲率優(yōu)化,定向困難,水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),直井段,在水平井施工中，直井段的核心任務(wù)是防斜，其質(zhì)量將關(guān)系到定向時(shí)方位的調(diào)整。為了直井段能盡量打直，應(yīng)采用適合地區(qū)特點(diǎn)的鉆具組合，直井段常用的防斜鉆具組合是鐘擺鉆具和塔式鉆具。一般311.2mm井眼采用常規(guī)大尺寸塔式鉆具組合，215.

7、9mm井眼采用常規(guī)雙扶剛性鐘擺鉆具組合或177.8mm鉆鋌的大鐘擺鉆具組合。這兩類鉆具組合既有利于控制井斜，又有利于解放鉆壓，鉆壓可加到120140kN，可有效提高直井段的機(jī)械鉆速。,（二）鉆具組合優(yōu)化,三、水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),造斜段及水平段,為減小斜井段鉆具摩阻，使用柔性斜坡鉆桿優(yōu)化鉆具組合，同時(shí)采用加重鉆桿代替鉆鋌，盡量簡化鉆具結(jié)構(gòu)，減輕下部鉆具重量，確保井底獲得足夠的鉆壓，減少粘卡的機(jī)會。 使用LWD隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，隨鉆測量自然伽馬、電阻率曲線。根據(jù)隨鉆測井，確定目的層頂界深度，跟蹤調(diào)整井眼軌跡，根據(jù)實(shí)際情況采用滑動鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)兩種方式施工，隨時(shí)調(diào)整井斜方位。,三、水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),1.館

8、陶組及以上地層成巖性差，泥巖性較軟且砂層發(fā)育，防坍塌卡鉆。 2.不整合面附近及玄武巖、礫巖層段、疏松砂巖層防漏、防卡、防蹩跳鉆，使用聚合物防塌鉆井液體系以抑制地層造漿、攜帶巖屑，防止泥巖縮徑，確保安全鉆進(jìn)。 3.斜井段及油層段主要是改善鉆井液的攜巖能力和潤滑性能，控制API失水4ml，HTHP失水15ml，形成薄而堅(jiān)韌的濾餅，減小濾餅的摩擦系數(shù)。,（三）鉆井液體系優(yōu)化,三、水平井優(yōu)化設(shè)計(jì),（四）固井設(shè)計(jì),1、采用大泵紊流頂替鉆井液，排量不低于鉆進(jìn)排量，提高驅(qū)替效率，保證二界面膠結(jié)質(zhì)量。 2、控制實(shí)鉆井眼軌跡，確保有一個良好的井眼和井身質(zhì)量；套管柱上加扶正器，保證套管居中，避免套管偏斜對固井質(zhì)量

9、的影響。 3、優(yōu)選水泥漿體系，控制水泥漿失水和自由水。,目 錄,概況 水平井技術(shù)難點(diǎn)分析 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)實(shí)例 結(jié)論,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,樊151-平1井是樊151-21區(qū)塊的一口新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)井，位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷博興洼陷金家-樊家鼻狀構(gòu)造東部樊151斷塊，鉆探目的是滾動開發(fā)樊151-21井區(qū)沙四段油藏。,AB靶點(diǎn)間的方位角：354.84，水平位移： 611.48m，穩(wěn)斜角： 84.67。,（一）基本概況,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,（二）軌道設(shè)計(jì),四、設(shè)計(jì)實(shí)例,（三）軌道參數(shù),四、設(shè)計(jì)實(shí)例,（四）鉆具組合設(shè)計(jì),大鐘擺鉆具,小于40的井段使用加重鉆桿， 大于40的斜井段使用斜坡鉆桿,設(shè)計(jì)使用1單彎動力鉆具，

10、可以防止地層因素影響造成井斜角降低，確保鉆頭在油層內(nèi)穿行，提高油層鉆遇率,套管內(nèi)：0.25 裸眼：0.35,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,（五）鉆井液設(shè)計(jì),主力油層段間隔30m安放1只彈性扶正器，上部直井段彈性扶正器的間距50m，斜井段彈性扶正器的間距為40m，同時(shí)配合使用10只剛性扶正器。剛性扶正器既起到了扶正套管的作用，也發(fā)生了旋流發(fā)生器的作用，清潔井壁并改善環(huán)空流態(tài)，提高濾餅和滯留鉆井液的清除效果。,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,（六）扶正器設(shè)計(jì),條件：無掏空 摩阻系數(shù)：0.60 摩阻：567.53kN 模擬結(jié)果：可下入,四、設(shè)計(jì)實(shí)例,目 錄,概況 水平井技術(shù)難點(diǎn)分析 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)實(shí)例 結(jié)論,五、結(jié) 論,1、井眼軌跡控制是水平井鉆井施工成功與否的關(guān)鍵，選擇合理的井身剖面、井眼